2022届全国新高考物理冲刺复习 测定玻璃的折射率

2022届全国新高考物理冲刺复习

测定玻璃的折射率

1.实验原理

如图所示，当光线AO以一定的入射角仇穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法

找出跟入射光线AO对应的出射光线06,从而画出折射光线O。，求出折射角

仇，再根据〃=翳或〃=器计算出玻璃的折射率。

2.实验器材

木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、

铅笔。

3.实验步骤

(1)铺白纸：如图所示，把白纸铺在木板上。

⑵画入射光线：在白纸上画一直线改作为界面，过ad上的一点O画出界

面的法线NV,并画一条线段A。作为入射光线。

(3)画玻璃另一边：把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与a"重合，再

用直尺画出玻璃砖的另一边bh'o

(4)插为、Pr.在线段AO上竖直地插上两枚大头针外、P2。

(5淀P3、尸4：从玻璃砖仍'一侧透过玻璃砖观察大头针P、P2的像，调整视

线的方向直到Pi的像被P2的像挡住。再在沆/一侧插上两枚大头针心、尸4,使

P3能挡住P、P2的像，「4能挡住P3本身及a、P2的像。

(6)定折射光线：移去玻璃砖，在拔掉P、P2、P3、P4的同时分别记下它们

的位置，过乃、P4作直线。8交4/于。。连接。、0，,00,就是玻璃砖内折射

光线的方向。NA0N为入射角，NO0V为折射角。

(7)用量角器测量入射角0\和折射角02,并查出其正弦值sin&和sin优。

(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的鬻，并取平均值。

4.数据处理

(1)计算法:用量角器测量入射角仇和折射角仇,并查出其正弦值sina和sin仇。

算出不同入射角时的鬻，并取平均值。

(2)作sin仇一sin仍图像:改变不同的入射角伍,测出不同的折射角，2，作sina

一sin仇的图像，由〃=普可知图像应是过原点的直线，如图

Sin(72

所示，其斜率为折射率。

(3)“单位圆”法确定sina、sinft，计算折射率〃。

以入射点。为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交

折射光线。。'于£点，过E作NM的垂线E”，过E作NV的垂线E'H',如图3

EH八E'H'sin仇EH

所不，sin9\—sin则"=o只要用刻度

OE'OE=OE'=R,sinO2E'H'

尺量出E”、E7T的长度就可以求出〃。

5.注意事项

(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且Pi和P2之

间、P3和R之间、尸2与0、P3与。'之间距离要稍大一些.

(2)入射角仇不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°).

(3)操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线.

(4)实验过程中，玻璃秽与白纸的相对位置不能改变.

(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大.

【典例1］某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、

刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激

光笔发出的一束激光从直尺上。点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、8两个

光点，读出04间的距离为20.00cm,AB间的距离为6.00cm,测得图中直尺到

玻璃石专上表面距离di=10.00cm,玻璃砖厚度"2=4.00cm。玻璃的折射率n=

，光在玻璃中的传播速度。=m/so(光在真空中传播速度。=

3.0X108m/s,结果保留2位有效数字)

［解析］作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角1=45°,折射角r

sinic

=37°,故折射率〃—故o=j=2.5Xl()8m/s。

'sinr'n

［答案］1.22.5X108

【典例2］.如图所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截

面是正三角形A8C的三棱镜，并确定A8和AC界面的位置.然后在棱镜的左侧

画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,再从棱镜的右侧观察Pl

和P2的像.，

(1)此后正确的操作步骤是

插上大头针P3,使P3挡住P2的像

插上大头针尸3,使尸3挡住P、02的像

C.插上大头针尸4,使尸4挡住P3的像

D.插上大头针「4,使24挡住P3以及Pl和P2的像

(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针尸3、P4的位置(图5中已标出).为

测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条

辅助线，如图甲、乙所示.能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折

射率的是图________(填“甲”或“乙”)，所测玻璃折射率的表达式n=

(用代表线段长度的字母E。、尸G表示).

7孝-

答案(1)BD⑵乙而

解析(1)此后正确的操作步骤是：插上大头针心，使P3挡住外、P2的像；插上

大头针尸4,使P4挡住为、P2的像和P3,选项B、D正确.

(2)能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是题图乙，

ED

_sinf)}JOD_ED

n==sin02=~FG=FG-

OG

【典例3】用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状

玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针Pi、Pi,然后在玻璃砖的另一侧

观察，调整视线使Pl的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针尸3

和公，使P3挡住P\和P1的像，04挡住P3以及P\和P1的像，在纸上标出大头

针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中0为两圆弧圆心，图中已画出

经过为、P2点的入射光线.[sini/

(1)在图上补画出光路.；；4/

(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角厂水二^

和折射角，请在图中的AB分界面上画出这‘乙缈072sin；

两个角.甲乙

(3)用所测物理量计算折射率的公式为〃=.

(4)为了保证在C。得到出射光线，实验过程中，光线在AB的入射角应适当

(填“小一些”“无所谓”或“大一些”).

(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的

正弦值，画出如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率〃=.

答案⑴见解析图(2)见解析图⑶黑(4)小一些(5)1.5

解析(1)连接入、R与交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置；

Pi、P2的连线与A8的交点即